文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
【韦布拍的照片中，你注意到这些八个角的“星星”了吗？】
文章图片
出品：科普中国
作者：王善钦
监制：中国科普博览
2022年7月12日 ， 韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope ， 以下简称“韦布”）发布了第一批全彩色的照片 。 其中 ， 一些图像上出现了八个角的“星星” 。
韦布的第一张全彩色图 ， 由近红外相机拍摄 。 图中出现了一些显示八角芒的天体 。图片来源：NASA ESA CSA STScI
为什么韦布会拍出这样的八角星？韦布照片里的八角星都是恒星吗？为什么不同波长的图像中的芒角的明显程度不同？这里 ， 就让我们去揭开这些问题的答案 。
一、韦布为什么会拍出八角星？
这些八角星的八个芒角是由光的衍射导致 。 光的衍射指的是光绕过障碍物传播的现象 。 对于反射望远镜 ， 主镜面负责将星光反射到副镜面 ， 后者进一步将光反射后传递给探测器/相机或第三个镜面 。 在望远镜的实际观测中 ， 主镜面自身与副镜的支架都会引起衍射现象 。
韦布空间望远镜的结构 ， 衍射与主镜、副镜及其支架均有关系 图片来源：NASA
主镜面的衍射由其边缘引起 ， 产生的衍射图案由其边缘的形状决定 ， 衍射光的方向垂直于边缘 。 如果主镜面是N边形的 ， 产生的衍射光分别垂直于N条边 ， 经过主焦面时 ， 中心重合 ， 形成N对（2N个）芒角 。 对于正N边形 ， 如果N为偶数 ， N对芒角会重叠为N/2对（N个）；如果N为奇数 ， N对芒角彼此不重叠 ， 依然显示为N对（2N个） 。 如果主镜面是圆形的 ， 就相当于无穷多条边 ， 产生的衍射芒角就沿着半径朝外 ， 各方向都有 ， 从而形成同心衍射圆环 ， 不显示芒角 。
不同形状的主镜面产生不同形状、不同数目的芒角 。图片来源：Cmglee
光照射副镜支架 ， 也会产生衍射现象 。 如果副镜面的支架有N条边 ， 也会产生垂直于边的衍射光 ， 经过主焦面后也形成N对（2N个）芒角 。 只要支架的某两条边在主镜的投影位于同一直线或平行 ， 对应的芒角也会重叠 ， 导致芒角数目减少 ， 如下图 。
不同位形的副镜支架产生不同形状、不同数目的芒角 。 左侧为支架示意图 ， 第二列为形成的成对的芒角；第三列为进入主焦面后的芒角 ， 右侧为形成的芒角图案 。图片来源：NASA ESA CSA Leah Hustak (STScI) Joseph DePasquale (STScI)
不同形状的主镜与不同的副镜支架的组合 ， 产生了不同形态的衍射芒角 。 先以著名的哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope ， 以下简称“哈勃”）为例 ， 它的主镜面是圆形的 ， 支架是十字型的4条边 ， 因此形成的衍射图案是同心圆环叠加4个芒角 ， 例如下图中由哈勃拍摄的天狼星的图像 。
哈勃的WFPC2于2003年10月15日拍摄的天狼星（图中大白圆）与天狼星B（左下角的小白点） 。 为例排除天狼星B ， 这张照片被过度曝光 ， 因此其主镜的衍射环特别明显 。 4个芒角为支架衍射导致 。图片来源：NASA ESA H. Bond (STScI) and M. Barstow (University of Leicester)
韦布的主镜面由多块六边形镜面拼接而成 ， 副镜面的支架有3条边 ， 如下图所示 。
韦布的主镜形状与副镜支架形状 。 左为侧视图 ， 右为正视图 。图片来源：NASA ESA CSA Leah Hustak (STScI) Joseph DePasquale (STScI)
因此 ， 韦布主镜面产生6个长的芒角 ， 支架产生6个短的芒角 ， 共12个芒角 。 但专家们设计了角度 ， 使副镜面支架产生的4个短芒角与主镜面产生的4个长芒角重叠在一起 ， 只显现出6长2短共8个芒角 。
韦布的主镜产生6个长的芒角 ， 副镜产生6个短的芒角 ， 后者中的4个与前者中的4个重叠 ， 总体上显示出6长2短的8个芒角 。图片来源：NASA ESA CSA Leah Hustak (STScI) Joseph DePasquale (STScI)
推荐阅读
- 科学家最新发现：太阳正以更快速度冲入银心，终将坠入黑洞！
- 关于行星状星云的讨论：一颗垂死的恒星最后的欢呼
- 起源于宇宙运动的宗教符号究竟有什么含义？
- 行星大气抵御恒星的“潮汐锁定”
- 女性生殖期挺短的，为何还要经历更年期？或是为了帮助人类进化
- 盘点蛇类的世界之最，最大的蛇亚马逊巨蟒或要灭绝
- 人类曾发现“超级地球”，平均温度22度！体积是地球的14倍
- 外星人可能利用这种古老的技术发现地球